UCC, TK & Netzwerke

Grundlagen und Tipps aus der Praxis

Optimal vernetzen mit Mobilfunkantennen

24.01.2014
Von 


Christoph Hilbert ist Gründer und Geschäftsführer von ime mobile solutions GmbH. Mit über 25 Jahren Erfahrung ist er Experte für Mobile Computing & mobile Datenkommunikation. Sein Fokus gilt heute der Digitalisierung und dem Internet of Things.
Alle Artikel des Autors
Email: Connect:

Qualität spielt eine entscheidende Rolle

Zuverlässige Anbieter von Antennen haben geschultes Personal und können ihre Partner fundiert beraten. Man geht offen mit den Datenblättern um, speziell wenn es um die Gewinnangaben über das komplette Frequenzspektrum oder das Stehwellenverhältnis geht.

Die Qualität einer Antenne ist nicht leicht erkennbar. Gutes Design allein reicht nicht, ein schlechtes ebensowenig. Trotzdem: aus dem Datenblatt lässt sich einiges ablesen, selbst wenn dieses mit Fachwörtern gespickt und man nicht Hochfrequenztechniker oder Funkamateur ist.

Die wichtigsten Begriffe und Daten

-Man unterscheidet im Wesentlichen 2 Typen von Antennen:
-Omnidirektional: die Antenne sendet und empfängt senkrecht zur Antennenachse in alle Richtungen
-Richtantenne: die Antenne sendet in und empfängt aus einer Richtung, die Abstrahlcharakteristik wird durch den Öffnungswinkel in horizontaler und vertikaler Richtung bestimmt
-Eine Antenne ist ein passives Bauelement, das heißt, sie erzeugt keine zusätzliche Energie, sondern konzentriert ihre Sende- beziehungsweise -Empfangsfähigkeit in eine bestimmte Ebene oder Richtung
Die Arbeitsfrequenz wird im Mobilfunk in "MHz" oder "GHz" gemessen, wobei 1000 MHz = 1 GHz entspricht. Die in Deutschland relevanten Mobilfunkfrequenzen erstrecken sich von ca. 780 MHz bis 2700 MHz (= 2,7 GHz), wobei derzeit "nur" 780-1000 MHz, 1800-2200MHz und 2500-2700MHz aktiv genutzt werden.

Eine Antenne, die den gesamten Frequenzbereich komplett abdeckt, hat den Vorteil, dass sich der Nutzer keine Gedanken machen muss, welche Technologie (GSM, 3G, LTE usw.) beziehungsweise welcher Provider (Vodafone, Deutsche Telekom etc.) verwendet wird. Auch ein Wechsel der Technologie oder des Providers ist jederzeit ohne Austausch der Antenne möglich.

Eine breitbandige Antenne ist auch für die Zukunft bestens gerüstet. Sollten neue Frequenzen verwendet werden, kann die Antenne trotzdem weiterverwendet werden. Für die derzeit neueste Technologie Carrier Aggregation ist zwingend eine Breitbandantenne notwendig!
Der Antennengewinn wird in dBi gemessen und ist die wohl am meisten missbrauchte Kenngröße einer Antenne. Der Antennengewinn kann nur mit erheblichem Messaufwand ermittelt werden und viele Antennenhersteller nehmen es mit der Wahrheit da nicht so genau. Oft wird mit sehr hohem und völlig unrealistischem Antennengewinn geworben, frei nach dem Motto: hoher Wert sieht gut aus und verheißt Qualität!
Es gibt nicht "den Antennengewinn": der Antennengewinn ist in der Realität nicht konstant über den gesamten Frequenzbereich. Aus diesem Grund ist die Angabe des "max. Antennengewinns" wenig hilfreich, wenn nicht auch eine Grafik im Datenblatt vorhanden ist, die den Gewinn über den gesamten Frequenzbereich darstellt.

0 dBi: steht für das Abstrahlverhalten eines "Kugelstrahlers", das heißt die Energie wird gleichmäßig in alle Richtungen abgestrahlt beziehungsweise der Empfang ist aus allen Richtungen gleich gut. Jeweils 3dB Gewinn verdoppeln die Abstrahlung in eine Richtung. Das heißt:
3 dBi: doppelte Energie
6 dBi: vierfache Energie
9 dBi: achtfache Energie
12 dBi: sechszehnfache Energie

Typischer realistischer Antennengewinn für breitbandige Mobilfunkantennen:
omnidirektionale Antennen: 0-6 dBi
Richtantennen: 6-12 dBi

Bei schmalbandigen Antennen kann der Gewinn höher liegen.
Ein hoher Antennengewinn ist nicht immer vorteilhaft. Je höher der Gewinn, desto genauer muss die Antenne auf die Basisstation ausgerichtet sein.

Anpassung Stehwellenverhältnis VSWR

Die Anpassung einer Antenne gibt an, wie viel der Energie, die von der Elektronik für die Antenne bereitgestellt wird, von der Antenne abgestrahlt wird.

Der Wert wird als Verhältnis angegeben und sollte kleiner als 2:1 sein, besser 1,5:1.

Eine schlecht angepasste Antenne kann die Elektronik zerstören!

Bezüglich der Angabe der Anpassung im Datenblatt gilt das Gleiche wie für den Antennengewinn: Der Wert ist nicht ganz einfach messbar und sollte als Grafik über den gesamten Frequenzbereich im Datenblatt vorhanden sein.

Antennenkabel

Die Qualität des Antennenkabels entscheidet, wie viel Signal am Ende des Kabels wirklich vorhanden ist.

Faustregel: Je größer der Durchmesser des Kabels, desto besser.

Ein RG174 ist nur bis max. 0,5m brauchbar; ein RG56/58 sollte nicht länger als 2m sein.

Kabel über 5m sollten von besonders hoher Qualität sein, also zum Beispiel H-155, LMR195, CLF200 etc. Im Zweifel das Datenblatt für das Kabel anfordern.

Die Bezeichnung "Ultra low loss"Kabel (o.ä.) suggeriert zwar Qualität, aber die Bezeichnung ist eine Erfindung des Marketings ohne Garantie für echte Qualität

Antennenstecker

Antennenstecker sind die größte potenzielle Gefahrenquelle für eine schlechte Verbindung zwischen Antenne und Elektronik. Umso wichtiger ist Qualität und der richtige Umgang mit der Steckverbindung.

Das Antennenkabel sollte im Idealfall lang genug sein, dass der erste Antennenstecker bei Außenmontage der Antenne nicht im Freien angebracht wird, sondern innerhalb des Gebäudes.

Gängige preisgünstige Antennenstecker wie FME, SMA, TNC, BNC sollten nach Möglichkeit nicht im Freien verwendet werden, auch wenn sie oft als wasserdicht spezifiziert sind.

Falls das Antennenkabel im Freien verlängert werden muss, entweder Nstecker verwenden oder die Steckverbindung mit dichtendem Isolierband abdichten (Vorsicht: wartungsanfällig).

Fehler durch schlechte Antennensteckerverbindungen zeigen sich oft erst nach einiger Zeit, zum Beispiel nach heftigem Regen, bei hoher Luftfeuchtigkeit, Schnee oder Eis. Für den Laien ist es dann kaum zu ermitteln, wo das Problem liegt

Antennenmontage

Ein oft unterschätzter, aber der wohl wichtigste Punkt für eine gute Mobilfunkverbindung ist die richtige Montage der Antenne

Der größte PerformanceGewinn wird durch die Montage der Antenne im Freien erzielt. Gebäudestrukturen aus Beton und Stahl beziehungsweise Mauerwerk erzeugen sehr hohe Dämpfungen des Mobilfunksignals

Jedes Hindernis, das zwischen Antenne und Basisstation ist, sorgt ebenfalls für Dämpfung. Deshalb: die Antenne idealerweise mit Sichtkontakt zur Basisstation montieren

Die Antenne immer möglichst hoch installieren, falls möglich höher als die Spitzen umliegender Bäume beziehungsweise der Dächer von anderen Gebäuden.

Im Zweifel gilt als Faustregel: Im Falle eines notwendigen Kompromisses ist eine höhere Montage mit längerem Kabel einer niedrigeren Montage mit kürzerem Antennenkabel vorzuziehen.

CHECKLISTE

  • Frequenzbereich

  • Breitbandige Antennen von 780-2700MHz sind vielseitig verwendbar und zukunftssicher.

  • Bei schmalbandigen Antennen wird genaue Information über verwendete Technologie und Provider benötigt.

  • Gewinn

  • Oft missbrauchte Angabe, realistisch für breitbandige Antennen sind bis zu 6dBi bei omnidirektionalen Antennen und 12dBi bei Richtantennen - etwas höhere Werte bei schmalbandigen Antennen.

  • Nur aussagekräftig mit Grafik über den gesamten Frequenzbereich.

  • Anpassung, VSWR sollte <2:1 sein, besser ~1,5:1

  • Bei schlechter Anpassung der Antenne kann die angeschlossene Elektronik zerstört werden.

  • Kabel

  • Faustregel: Qualität hängt vom Durchmesser des Kabels ab.

  • Qualitätskabel sind bezeichnet mit z.B. H-155, LMR195 oder CLF200.

  • Stecker

  • Stecker im Freien möglichst vermeiden und wenn, dann nur N-Stecker verwenden.

  • Andere Stecker wie FME, SMA, TNC, BNC etc. nur innerhalb von Gebäuden verwenden.

  • Antennenmontage

  • Antenne außerhalb des Gebäudes montieren.

  • Möglichst höher als umliegende Hindernisse montieren.

Fachhändlern, die sich fundiertes Wissen über die wichtigsten Grundlagen der Antennentechnik aneignen möchten und sich für hilfreiche Beispiele aus der Praxis interessieren, bietet die ime mobile solutions GmbH gemeinsam mit Poynting kostenlose Webinare an. Zum Abschluss der Seminare gibt es ein praktisches Handout, das dem Fachhandelspartner im Alltag bei der Beratung als Stütze dient. (bw)

Zur Startseite